超高效液相色谱法测定地表水中多环芳烃实验分析测量不确定度评定

1、超高效液相色谱法测定地表水中多环芳烃实验分析测量不确定度评定张 明，唐访良，徐建芬，陈 峰，余 波( 杭州市环境监测中心站，浙江 杭州 310007)摘 要: 对超高效液相色谱法测定地表水中 16 种多环芳烃过程的不确定度进行了评定。通过数学模型分析并计算测试过程中的不确定度分量，最后计算出相对合成标准不确定度和相对扩展不确定度。据分 析，在引起不确定度的诸多因素中，回收率引入的不确定度分量最大，其次是测量重复性和标准物质引入 的不确定度。关键词: 液相色谱; 多环芳烃; 地表水; 不确定度中图分类号:文献标识码:文章编号:1673 9655 ( 2012) 05 0122 06X83A多环芳

2、烃( PAHs)是广泛分布于自然界的一斗中，加 入 50ml 正 己 烷，振 摇 5min，静 置 分 层，收集有机相，重复萃取一遍，合并有机相，加入无 水 硫酸钠至有流动的无水硫酸钠存 在， 放 置30min，脱水 干 燥。30 氮 吹 浓 缩 至 约 1ml。用 乙 腈转换溶剂，定容 1ml。类痕 量 有 机 污 染 物， 具 有 致 癌、 致 畸 和 致 突 变性1，2。目前，世界各地都不同程度受到了 PAHs 污染。近 年 来， 国内外学者已对各地饮用水中 PAHs 污染特性展开了大量的研究工 作3，4。其 含 量的检测分析亦已成为饮用水安全中百姓关心、政 府关注的重要问题，因此污染物

3、检测数据的准确性 显得至关重要。为了提供更科学、更完整的检测数 据，测量不确定度逐渐受到各检测实验室的重视。 我国于 1999 年 发 布 了 测量不确定度评定与表 示5，据此各检测实验室对有关测量不确定度的 问题进行了广泛的研究与讨论。笔者结合检测方法 和实际操 作，参 照 相 关 方 法6 对液相色谱测定地 表水中多环芳烃污染物的不确定度进行了评定。本 文仅评定分析过程的测量不确定度。1 实验1. 1 仪器与试剂Waters Acquity 超高效液相色谱仪 ( UPLC ) ;色谱 条 件: 柱 温 45 ;流 速 0. 6ml / min; 流动相乙腈 / 水，梯度洗脱。1. 3数学模

4、型水中多环芳烃质量浓度的计算公式:y = a + bc，cx = c × V1 / V2式中: 试样中多环芳烃的峰面积;a 标准曲线的截距;b 标准曲线的斜率;c 标准样品质量浓度，g / L;cx 样品质量浓度，g / L;yV1 样品萃取液浓缩后定容的体积，ml;V2 样品取样体积，ml。由检测方法和数学模型分析，各不确定度分量 之间互不相关，按不确定度传播律，得到其合成不 确定度为:色 谱 柱:Aquity UPLC BEH RP181. 7m2. 1mm× 150mm。多 环芳烃标准溶液 ( 200g / ml， 美 国2urel = 槡u2222rel ( m1

5、) + urel ( m2 ) + urel ( m3 ) + urel ( m4 ) + urel ( RB )Ac-式中:定度;( m1 )urel 前处理引入的相对不确 custandard 公 司) ; 乙 腈、正己烷为色谱纯，无 水硫酸钠 ( 分 析 纯) 经 马 弗 炉 400 烘 8h; 超 纯 水 由 Mill Q A 10 纯水仪制备。( m2 )urel 多环芳烃标准溶液及其配制过程引入的相对不确定度;1. 2实验步骤摇匀水样并量取 1000ml，倒入 2000ml 分液漏( m3 ) 校准曲线拟合引 入 的 相 对 不 确urel定度;收稿日期: 2012 02 29作者

6、简介: 张明 ( 1981 ) ，男，硕士，工程师，主要研究方 向为环境监测。( m ) 重复测定样品引 入 的 相 对 不 确u定度;rel4 122 http: / / hjkxdk. yies. org. cn超高效液相色谱法测定地表水中多环芳烃的实验分析测量不确定度评定 张明urel( RB ) 回收率引入的相对不确定度。2. 1. 2( V1 )浓缩过程引入的相对标 准 不 确 定 度 urel22. 1不确定度分量的评定前处理引入的相对不确定度 urel( m1 )主要是由 1. 0 ml 氮吹浓缩管的体积校准及实 验室温度变化引入的不确定度。1ml 氮吹浓缩管的 允差为 

7、7; 0. 05 ml，同 2. 1. 1 按均匀分布计算得 不 确定度:2. 1. 1( V2 )取样过程引入的相对标准不确定度 urel取样过程的不确定度主要由 1000 ml 量筒的体积校准 和实验室温度变化引入的 不 确 定 度。1000 ml 量筒在 20 时满刻度最大误差为 10ml; 一般实u21u22( V1 )( V1=0. 05 ml /槡3 = 0. 0289 ml2 × 1. 80 × 10 3 1 × 1ml)=验室温度变化在 ± 2 ，水在室温( 20 )的体积槡3膨胀系数 1. 80 × 10 3 / 。按均匀分布

8、考虑，采用B 类评定，则不确定度:= 0. 00208ml则浓缩过程引入的相对标准不确定度为:( V2 )= 10 ml /槡3 = 5. 774mlu11u122u22( V1 )+ 2u12 ( V1 )槡11urel( V1 )=2 × 1. 80 × 10 3 1 × 1000mlV( V2 )=1槡3槡2 × ( 0. 0289ml) 2 + 2 × ( 0. 00208ml) 2= 0. 04102. 078 ml则取样引入的相对标准不确定度为:1ml回收率引入的相对不确定度 urel( RB )2. 2回收率引入的不确定度的主要来

9、源是样品在提取、浓缩、转移过程中的损失、沾污及基体效应 等。为了检验该不确定度，对空白样品进行样品加 标测定，加标量为 0. 60 g，结果见表 1。2槡2u( V )+ 2u2( V)1112( V2 )urel=V槡2 × ( 5. 774ml) 2 + 2 × ( 2. 078ml) 2= 0. 008681000ml表 1回收率引入的相对不确定度结果( g)平均回收量 cT/ g标准偏差 sT 加标回收率 / %urel ( RA )u ( RA )urel ( RB )u ( RB )组分t萘苊 二氢苊 芴菲 蒽荧蒽 芘屈苯并 a 蒽 苯并 b 荧蒽苯并 k 荧蒽

10、苯并 a 芘 二苯并 a，h 蒽茚并 1，2，3 c，d 芘苯并 g，h，i 苝0. 5250. 4940. 4870. 5000. 5070. 4910. 5110. 5050. 5220. 5140. 5200. 5150. 4940. 4900. 4950. 49387. 582. 481. 283. 384. 581. 885. 184. 287. 085. 886. 685. 982. 381. 682. 582. 10. 027060. 023370. 024060. 024600. 025060. 023210. 023180. 023900. 023370. 023040. 0

11、21620. 020950. 020380. 027850. 023160. 025520. 04190. 04160. 04180. 04180. 04180. 04160. 04150. 04160. 04150. 04150. 04130. 04120. 04130. 042360. 04160. 04200. 03670. 03430. 03390. 03480. 03530. 03410. 03530. 03510. 03610. 03560. 03570. 03540. 03400. 03460. 03430. 03443. 4065. 1295. 5404. 7994. 3895

12、. 3434. 2174. 5063. 6033. 9903. 7483. 9825. 2135. 3245. 0985. 1950. 09250. 1300. 1400. 1230. 1140. 1350. 1090. 1160. 09570. 1040. 09840. 1030. 1310. 1370. 1290. 1330. 08100. 1070. 1140. 1020. 09620. 1100. 09300. 09770. 08330. 08940. 08520. 08880. 1080. 1120. 1070. 109200g / ml 多环芳烃标准溶液的相对 不 确 定 度为 4

13、% ， 将数据代入回收率不确定度计算公 式，则:u ( RA )( RA ) R= urel对上式计算结果，我们采用 t 检验法对平均回收率与理论回收率( 100% )是否有显著性差异进s22 1 R u ( c )T行检验。统计量 t 为:t =。surel( RA )=+u ( RA )槡n c2csT本实验 = 6，自由度 f = n 1 = 5，查 t 分布表 123 nhttp: / / hjkxdk. yies. org. cn环境科学导刊第 31 卷第 5 期2012 年 10 月( 双侧)得 t( 0. 05，5)= 2. 571。由于计算的统计量 t 的u22( V2 )+

14、u22 ( V2 )槡21( V2 )=urel=绝对值 均 2. 571，因 此，在 概 率 p = 95% ，可 认为所得平均回收率与理论回收率有显著性差异。由 于环境监 测 中，并不要求使用回收率修正测量结 果，在实验所得平均回收率与理论回收率有显著性 差异的情况下，方法回收率的不确定度则为:V2槡( 1. 732l) 2 + ( 0. 316l) 2= 0. 00880200l( V3 )2. 3. 2. 31. 0 ml 移液器引入的不确定度 urel1. 0 ml 移液器 在 20 时的容量允许误差为 ±10l，同 2. 3. 2. 1 计算，则不确定度:u ( RB )

15、= 槡() + u1 R2( RA )k( V )u=10l / 3 = 5. 774l槡2 × 1. 37 × 10 3 °C 1 × 1000l313u ( RB )urel( RB )=( V3 )u32=R槡3回收率引入的相对不确定度结果见表 1。多环芳烃标准溶液及其配制过程引入的相对= 1. 582l则 1. 0 ml 移液器引入的相对标准不确定度为:2. 3不确定度 urel( m2 )u22( V3 )+ u32 ( V3 )槡31( V3 )=urel=用乙腈稀释多环芳烃标准溶液，得到一系列浓度的标准使用溶液，相应的标准溶液、容量瓶、移

16、液器量取体积引入的不确定度分别计算如下:2. 3. 1 标准溶液的相对不确定度多环芳烃标准溶液的相对不确定度均为 4% ，V3槡( 5. 774l) 2 + ( 1. 582l) 2= 0. 005991000l2. 3. 2. 4( V4 )2ml2ml 容量瓶引入的相对不确定度 urel( cs )= 0. 040。urel( A 级) 容量瓶容量误差为 ± 0. 015ml，2. 3. 2 各种量器引入的测量不确定度容量瓶、移液器的不确定度均包括体积校准和 实验室温度变化引入的不确定度。采用 B 类评定， 按均匀分布考虑，各不确定度分量计算如下:多环芳烃标准溶液以乙腈为溶剂，其

17、体积膨胀系数1. 37 × 10 3 / ，实验室的温差一 般 变 化 在 ± 2 ， 采用 B 类评定，按均匀分布考虑，则不确定度( V )u=0. 015ml / 3 = 0. 00866ml槡2°C × 1. 37 × 10 3 °C 1 × 2ml414( V1 )2. 3. 2. 10. 1 ml 移液器引入的不确定度 urelu42( V4 )=0. 1 ml 移液器 在 20 时的容量允许误差为 ±2l，一般实验室温度变化在 ± 2 ，二氯甲烷的体 积膨胀系数 1. 37 × 10

18、 3 / ，按均匀分布考虑，采 用 B 类评定，则不确定度:槡3= 0. 00316ml则 2ml 容量瓶引入的相对标准不确定度为:u22( V4 )+ u42 ( V4 )槡41( V4 )=urel=u11( V)= 2l /槡3 = 1. 155lV42 × 1. 37 × 10 3 °C 1 × 100l22( V)= 槡( 0. 00866 ml) + ( 0. 00316 ml) u12= 0. 158l= 0. 00461槡32ml则 0. 1 ml 移液器引入的相对标准不确定度为:2. 3. 2. 5 10ml 容 量 瓶 引 入的相对不

19、确定度 urel( V5 )10ml ( A 级) 容量瓶容 量 误 差 为 ± 0. 020 ml， 同 2. 3. 2. 4 计算，则不确定度u22( V1 )+ u12( V1 )槡11urel( V1 )=V1槡( 1. 155l) 2 + ( 0. 158l) 2= 0. 0116100l( V )u=0. 020 ml / 3 = 0. 0115 ml槡2°C × 1. 37 × 10 3 °C 1 × 10ml5150. 2 ml 移液器引入的不确定度 urel( V2 )2. 3. 2. 2( V5 )u52=0. 2

20、 ml 移液器 在 20 时的容量允许误差为 ±3l，同 2. 3. 2. 1 计算，则不确定度:槡30. 0158 ml则 10ml 容量瓶引入的相对标准不确定度为:u21u22( V2 )= 3l /槡3 = 1. 732l2 × 1. 37 × 10 3 1 × 200lu2( V )+ u2 ( V )槡51 5 52 5 ( V2 )=urel( V5 )=槡3V5= 0. 316l则 0. 2 ml 移液器引入的相对标准不确定度为:槡( 0. 0115ml) 2 + ( 0. 0158ml) 2= 0. 0019510ml 124 http:

21、 / / hjkxdk. yies. org. cn超高效液相色谱法测定地表水中多环芳烃的实验分析测量不确定度评定 张明稀释过程中用 0. 1ml 移液器移取 0. 1ml 多环芳烃标准溶液 1 次，用 0. 2ml 移液器移取 0. 2ml 多环 芳烃标准的乙腈溶液 2 次，用 1. 0ml 移 液 器 移 取1. 0ml 多环芳烃标准的乙腈溶液 3 次，2ml 容量瓶用了 5 次，10ml 容量瓶用了 1 次。多环芳烃标准溶液的相对不确定度均为 4% ，urel( cs )= 0. 040。222222( m2 )( cs )( V1 )( V2 )× 2 + urel ( V3

22、 )× 3 + urel ( V4 )× 5 + urel ( V5 )urel= 槡urel+ urel+ urel= 槡0. 0402 + 0. 01162 + 0. 008802 × 2 + 0. 005992 × 3 + 0. 004612 × 5 + 0. 001952= 0. 0459浓度为 1. 00、10. 0、100、500、1000 g / L，每 个点测定一次。得多环芳烃线性回归方程 y = bc + a。结果见表 2。2. 4( m3 )标准曲线拟合引入的相对标准不确 定 度 urel采用液相色谱法测定多环芳烃，曲线各点

23、质量表 2多环芳烃标准系列测定结果标准浓度峰面积 ( A)组分5. 0010. 01005001000ba萘苊 二氢苊 芴菲 蒽荧蒽 芘屈苯并 a 蒽 苯并 b 荧蒽苯并 k 荧蒽苯并 a 芘 二苯并 a，h 蒽茚并 1，2，3 c，d 芘苯并 g，h，i 苝13968647015859191701027185111969371256857415941746623453001593571831451184314511000185675740732627150487630546117909085328452340449248986146952434102068181531586336264923

24、644613220587311498781211925707209351292108917220836519901221389929242214014201844330130865243553074551351340873569354821412566109848078482711340626046741154611758983135326778447113731749125422087348791517200889340728031599618518170507318510411610968211358973884107959526252072936393021696417595224451

25、9800162170793342457852014428457333643471656850213135877735559215236007805221145620611494331789502142632893. 65303271764815215821830024647144656337496597531451356604361350212266115467967724022 33. 191695413923010539763682222407113353314511518102222339459855665560937430271586780. 99991. 00000. 99990.

26、99990. 99990. 99970. 99990. 99990. 99990. 99980. 99990. 99990. 99990. 99980. 99990. 9998由标准曲线求标准不确定度，按下式计算:表 3 多环芳烃样品测定结果U ( Cx )urelCx /2( cx c) 1 1 sR组分U ( cx )=+ n + g·L g·L ( m3 ) 1 1p( c c) 2槡i萘苊 二氢苊 芴菲 蒽 荧蒽 芘屈苯并 a 蒽 苯并 b 荧蒽 苯并 k 荧蒽 苯并 a 芘 二苯并 a，h 蒽茚并 1，2，3 c，d 芘 苯并 g，h，i 苝52549448750

27、050749151150552251552051549449049549314780242. 461930269828663940772625806131414704679712675619846167609200902725744141952597841567195316. 2900. 50487. 0796. 2098. 43513. 3875. 9575. 4355. 40910. 5045. 9646. 3007. 93410. 2368. 11810. 0540. 01200. 001020. 01450. 01240. 01660. 02730. 01160. 01080. 010

28、60. 02040. 01150. 01220. 01600. 02090. 01640. 0204i = 1n2 yi ( bci + a) i = 1sR = 槡n 2式中: sR 标准曲线的剩余标准差;a，b标准曲线的截距和斜率;p实际样品测定次数，p = 1;n标准曲线的浓度点数，n = 5; cx 实际样品中多环芳烃质量浓度，g / L; ci 标准曲线各点质量浓度，g / L;c标准系列标准使用液的质量浓度的平均值，c = 323 g / L; 标准曲线拟合引入不确定度见表 3。125 http: / / hjkxdk. yies. org. cn环境科学导刊第 31 卷第 5 期

29、2012 年 10 月2. 5( m4 )重复测定样品引入的相对标准不确 定 度 ureln 2( ci c)i = 1槡( c)S=n 1s ( c) 重复测定 6 份加标量为 0. 60 g 空白加标样，记录对应的质量浓度值 c，计算重复测定样品的标 准差。以第一组数据为 cx 。( m4 )urel=cx表 4多环芳烃水样加标样测定结果测定浓度 / g·L 1urel ( m4 )组分s ( c)123456萘苊 二氢苊芴 菲蒽荧蒽 芘屈苯并 a 蒽 苯并 b 荧蒽苯并 k 荧蒽 苯并 a 芘二苯并 a，h 蒽茚并 1，2，3 c，d 芘 苯并 g，h，i 苝558523520

30、53354051953953654654053352749548148548652348948149450349151050651951251650849246647947249547346347648346949048349849249949847648948948955352251152553251453352555254355555253054254254249547046247447946148047349648949749747449349249352549048549750549251350752151251951049546848447427. 11823. 15824. 108

31、24. 53924. 87623. 22923. 12923. 97524. 35322. 94021. 82120. 97320. 12627. 76623. 37025. 5630. 04860. 04430. 04640. 04600. 04610. 04480. 04290. 04470. 04460. 04250. 04090. 03980. 04070. 05770. 04820. 0526独立，则相对合成标准不确定度为:2. 6合成标准不确定度地表水中多环芳烃测定的各不确定度分量相互22222( R珔B )urel( c)= 槡urel( m1 )+ urel( m2 )+ ur

32、el( m3 )+ urel( m4 )+ urelui ( c)( c) × c，u = 2ui ( c)= urel16 种多环芳烃的测量相对合成标准不确定度、扩展不确定度如表 5 所示。表 5 水中多环芳烃各组分的合成不确定度和扩展不确定度( mg / L)3结论通过对超高效液相色谱法测定地表水中多环芳烃不确定度的评定，得到 16 种多环芳烃测量的相对扩展不确定度。结果表明，在引起不确定度的诸 多因素中，回收率引入的不确定度分量最大，其次 是测量重复性和标准物质引入的不确定度。不确定 度分量的大小，可为质量控制提供参考依据，即要 控制引入不确定度分量大的因素。因此，在目前的 检

33、测水平下，应采取各种措施，改进前处理程序， 提高样品回收率，从而提高检测精度。参考文献:1 Witt G. Polycyclic aromatic hydrocarbons in water and sediments of the Baltic Sea J . Mar Pollut Bull，1995，31 ( 4 12) : 237 248.2 刘淑琴， 王 鹏 . 多环芳烃与致 癌 性 J 环 境 保 护，1995， ( 9) : 42 453 吕爱娟，沈加林，沈小明，等 固相萃取 高效液 相 色 谱 法 测定地下水中多环芳烃的技术 研 究 J 中 国 环 境 监 测，2009，25 (

34、 4) : 19 22urel ( c)ui ( c)组分cu萘苊 二氢苊 芴菲蒽 荧蒽芘 屈苯并 a 蒽苯并 b 荧蒽 苯并 k 荧蒽苯并 a 芘 二苯并 a，h 蒽茚并 1，2，3 c，d 芘苯并 g，h，i 苝0. 530. 500. 490. 500. 510. 500. 520. 510. 530. 520. 520. 520. 500. 490. 500. 500. 1220. 1510. 1610. 1460. 1390. 1580. 1330. 1390. 1230. 1300. 1240. 1270. 1510. 1620. 1520. 1570. 0650. 0750. 0

35、790. 0730. 0710. 0780. 0680. 0710. 0650. 0670. 0650. 0660. 0750. 0800. 0760. 0780. 130. 150. 160. 150. 150. 160. 140. 150. 130. 140. 130. 140. 150. 160. 160. 16 126 http: / / hjkxdk. yies. org. cn超高效液相色谱法测定地表水中多环芳烃的实验分析测量不确定度评定 张明4 叶鹏飞，李大义，何德文，等 基于固相微萃取技术的 GC 法测定水中多环芳烃 J 干旱环境 监 测，2010，24 ( 4 ) : 202

36、 2045 JJF1059 1999，测量不确定度评定与表示 S 6 HJ478 2009，水质 多环芳烃的测定 液液萃取和固 相 萃 取 高 效液相色谱法 SAn Evaluation of the Measuring Uncertainty in Determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons ( PAHs) in the Surface Water by the Ultra Performance Liquid Chromatography ( UPLC)ZHANG Ming，TANG Fang liang，XU Jian fen，CHEN Feng，YU Bo( Hangzhou Environmental Moni